Die Erfindung betrifft ein Gasaußendruckkabel nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Kabel nach dem Oberbegriff sind seit langem bekannt und bewährt. Ihr prinzipieller Aufbau ist beispielsweise in der Druckschrift 'Gasaußendruckkabel' der Felten & Guilleaume Kabelwerke AG Köln (1968) beschrieben.
Ein solches Gasaußendruckkabel hat drei meist ovale Leiter, die jeweils von einem geschichtetem Dielektrikum - vorzugsweise Papier - umgeben sind. Dieses Dielektrikum ist mit einem zähflüssigen Tränkmittel imprägniert. Jede Ader wird von einem Metallmantel (üblicherweise ein glattes Bleirohr) umgeben. Diese Adern befindet sich in einem geschlossenen Druckrohr, in dem über ein trockenes Gas ständig ein Druck aufrecht erhalten wird, der die glatten Bleimäntel auf die elektrische Isolierung preßt und damit dazu beiträgt, daß das Dielektrikum hohlraumfrei bleibt.
Aus der DE-GM 19 96 553 ist ein papierisoliertes Starkstromkabel bekannt, das mit einer Isolierflüssigkeit getränkt und mit einem gewellten Metallrohr umgeben ist. Auf den Metallmantel wird von außen kein Gasdruck aufgebracht, so daß dieses Starkstromkabel nicht als Gasaußendruckkabel betrachtet werden kann.
Gasaußendruckkabel besitzen zwar eine Reihe von Vorteilen, haben aber den Nachteil, daß ihr Energieübertragungsvermögen stark eingeschränkt ist. Dies liegt an den im Druckrohr (Stahl) auftretenden Zusatzverluste und daran, daß mit der elektrischen Isolierung keine sehr hohen Feldstärken beherrscht werden können. Gasaußendruckkabel wurden bisher vornehmlich in der 110-kV-Spannungssebene eingesetzt. Bei diesen bleibt die höchste Übertragungsleistung unterhalb von 150 MVA. Sollte der Wunsch aufkommen, mit ihnen mehr als 150 MVA zu übertragen, so müßte dazu eine Zwangskühlung eingeführt oder aber die Spannung angehoben werden. Das Dielektrikum ist aber, wie schon gesagt, nicht so hochwertig, daß eine erhebliche Steigerung der Spannung möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Isolierung der Kabeladern so zu ertüchtigen, daß höhere Spannungen zugelassen werden können.
Die Aufgabe wird von einem Gasaußendruckkabel mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß als Tränkmittel für das Dielektrikum dünnflüssiges Isolieröl eingesetzt wird und daß jede Ader einzeln von einem metallenen Wellmantel (vorzugsweise aus Edelstahl) umgeben ist, der die Adern hermetisch gegenüber der Umgebung abschließt. Der Wellmantel wirkt wie eine elastische Membran und überträgt den Außendruck auf das Innere, so daß Isolieröl und Dielektrikum hydrostatisch vom Außendruck beaufschlagt werden. Wegen der Dünnflüssigkeit des Isolieröls funktioniert dieses Kabel auch bei besonders dicken Isolierschichtdicken, wohingegen bei zähflüssigen Isolierölen mit zunehmender Dicke der Papierisolierung der sichere Betrieb des Kabels nicht mehr gewährleistet ist.
Das vorgeschlagene Kabel kann für Spannungen von 400 kV oder mehr eingesetzt werden.
Das Dielektrikum kann mit herkömmlichen Papieren aufgebaut werden, es können aber auch Sandwich-Papiere eingesetzt werden.
Das vorgeschlagene Gasaußendruckkabel hat eine Reihe von Vorteilen, wobei sogar die Vorteile des Gasaußendruckkabels erhalten bleiben:
Die vorgeschlagene Konstruktion macht alle thermischen Wechsel mit, ohne daß sich die Isolationseigenschaft verändert und dies bei elektrischen Feldstärken, wie sie bei Spannungsebenenen von 400 kV oder mehr vorhanden sind.
Vom vorgeschlagenen Gasaußendruckkabel geht keine Umweltgefährdung aus, da selbst dann, wenn ein Druckmantel (vorzugsweise aus Edelstahl) einer Ader leck werden sollte, das austretende Isolieröl vom Außenrohr aufgefangen wird. Zudem würde in einem solchen Fall kein Isolieröl aus Vorratstanks nachgespeist, da solche nicht vorhanden sind. Da Öltanks auf der Strecke nicht benötigt werden, können sie dort auch keine Ölverschmutzungen hervorrufen.
Durch den bevorzugten Einsatz von Edelstahlwellrohren werden Ermüdungsrisse gegenüber solchen bei Bleimänteln zeitlich hinausgeschoben.
Die induktiven Mantelverluste in den Edelstahlrohren werden kleiner als in den herkömmlichen Bleimänteln sein, da die Wandstärke geringer als bei Bleimänteln gewählt werden kann.
Die Wartung geschieht ausschließlich von den Kabelenden her.
Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Kabels wird jede Ader in ein Wellrohr gebracht, das auf der Aderoberfläche ganz oder fast ganz aufsitzt und die Wandstärke so bemessen ist, daß der später außerhalb des Wellrohrs aufgebrachte Gasdruck zu einem ausreichenden Anteil an das Isolieröl weitergegeben wird. Danach wird die Ader unter dem Wellmantel getrocknet und getränkt. Im Anschluß daran müssen die Enden des Wellrohrs so verschlossen werden, daß sie gasdicht sind und sichergestellt ist, daß das Wellrohr hydrostatisch vollständig gefüllt ist.
Die so verschlossenen Adern werden vor Ort in druckfeste Stahlrohre eingezogen. Nach der Montage von Muffen und Endverschlüssen wird der Raum zwischen den drei Wellrohren und dem äußeren Stahlrohr mit einem trockenen Gas (vornehmlich Stickstoff; SF6 ist ebenfalls geeignet) gefüllt. Danach wird das Gas unter einen Druck von etwa 1,5 MPa gesetzt. Bei zweckdienlicher Dimensionierung von Durchmesser und Wandstärke der Wellrohre reicht dieser Druck aus, um in dem Isolieröl der Kabeladern einen Druck von 0,5 bis 1,0 MPa aufzubauen. Zur Aufrechterhaltung dieses Betriebsdrucks bedarf es also keiner Ölnachspeisung. Der Gasdruck wird durch Gaseinspeisung an den Kabelenden aufgebracht.
Bei Kabeln für kleinere Übertragungsleistungen (z.B. 110 kV) kann eine Verseilung der Adern vorgenommen werden, wobei gegebenenfalls auch Kühlrohre einer Bündelkühlung mit eingezogen werden können. Für solche Kabel ändert sich der Einziehvorgang in das Außenrohr nicht gegenüber herkömmlichen Gasaußendruckkabeln. Die Bandage, die in diesem Fall die verseilten Adern zusammenhält, schützt das Kabel beim Einziehvorgang.
Bei Kabel für höhere Übertragungsleistungen (z.B. 400 kV) können die Adern nicht mehr verseilt werden, sie müssen parallel eingezogen werden. Sie dürfen aber nicht auf dem Metallrohr aufliegen, da sonst ungleiche Beeinflussungen von Kabeladern durch das Stahlrohr stattfinden würden. Damit muß eine Haltevorrichtung eingeführt werden, die es ermöglicht, die drei Adern im gleichen Abstand zu der Wandung des Außenrohrs zu halten. Diese Haltevorrichtung kann mit Rollen versehen werden, so daß sie auch als Einziehhilfe dienen kann. Bei Verwendung der Rollen müssen die Wellrohre nicht besonders vor Verletzungen beim Einziehen geschützt werden. Diese Ausführung der Zugbewehrung muß nach dem Einziehen nicht entfernt werden.
Natürlich werden große Zugkräfte notwendig sein, um größere Längen von schweren 400-kV-Kabeln einziehen zu können. Dazu müssen an den verschlossenen Enden der Kabeladern Zugelemente (Ziehanker) angebracht werden.
Die Kabelabschnitte werden über Muffen verbunden. Die Muffen benötigen keinen metallenen Wellmantel, ein glatter starrer Metallmantel genügt, da die Muffe aus dem Kabelbereich heraus unter Öldruck gehalten wird. Hierzu sind die Muffen geeignet mit dem Kabel verbunden. Das äußere Stahlrohr wird an diesen Montagestellen nach der Muffenmontage verschlosssen.
An den Kabelenden werden Endverschlüsse bekannter Konstruktion eingesetzt.
Die Erfindung wird in einer Figur dargestellt, die als Querschnitt durch das Gasaußendruckkabel gezeichnet ist.
Die Leiter 1 des Kabels sind als Millikenleiter mit Leiterglättung ausgeführt. Die Isolierung 2 besteht aus mit dünnflüssigem Isolieröl getränkten Papieren. Über der Isolierung 2 befindet sich die übliche elektrische Abschirmung. Jede Ader 5 ist in ein Edelstahlwellrohr 4 eingezogen. Die drei Adern 5 sind in eine Armierung 7 eingebunden und bilden einen Aderverbund 8. Zusätzlich können in die äußeren Aderzwickel Bündelkühlrohre 6 eingezogen sein. Der Aderverbund 8 liegt in einem äußeren Stahlrohr 14, das innen mit Korrosionsschutz 16 versehen ist. Der Innenraum 9 des Rohrs 14 ist mit Druckgas gefüllt. Als Einziehhilfe und zur Sicherung eines gleichmäßigen Abstands zum äußeren Stahlrohr 14 liegen zwischen dem Aderverbund 8 und dem Außenrohr 14 Abstandsrollen oder Abstandskugeln 10. Die Rollen oder Kugeln sollten aus unmagnetischem Material bestehen. Die Einziehhilfe ist in der Figur schematisch dargestellt. In einer einfachen Ausführung können die Rollen oder Kugeln in einer Lagerschale 11 auf dem Aderverbund befestigt sein. Eine Alternative wäre, Abstandskugeln oder -rollen 10 etwa im Winkelabstand von 120° auf einem Ring anzuordnen. Der Ring ist dann Träger für die käfigartigen Lagerschalen, ähnlich wie bei einem Kugellager. Beim Einziehen des Kabels werden in regelmäßigen Abständen Abstandsrollen zusammen mit dem Kabel in das Stahlrohr eingeführt.
Die Abmessungen in der Figur können durchaus maßstäblich verstanden werden, wobei als Grundmaß der äußere Durchmesser des Stahlrohrs mit etwa 360 mm genommen werden kann. Die Dauerbelastbarkeit eines solchen Kabels (Leiterquerschnitt etwa 1600 mm2) kann 700 MVA erreichen.